Drahtlose digitale Kommunikation: FunktionsprinzipIQ-Modulation
Die IQ-Modulation bildet die Grundlage für verschiedene Modulationsverfahren höherer Ordnung, die in LTE- und WLAN-Netzen weit verbreitet sind, wie beispielsweise BPSK, QPSK, QAM16, QAM64 und QAM256. Das Verständnis des Funktionsprinzips der IQ-Modulation ist essenziell für ein besseres Verständnis des zugrundeliegenden OFDM-Implementierungsmechanismus in LTE und WLAN. Da die auf den einzelnen Subträgern von OFDM verwendeten Modulationsverfahren weiterhin verschiedene QAM-Modulationstechniken auf Basis der IQ-Modulation darstellen, ist die Implementierung von OFDM im Wesentlichen die Überlagerung von IQ-Modulation auf mehreren orthogonalen Subträgern.
Die Begriffe I und Q in der IQ-Modulation entsprechen den Abkürzungen der englischen Wörter „In Phase“ und „Quadrature“. Wörtlich genommen sind die Bezeichnungen I- und Q-Signale bedeutungslos. Was bedeutet In-Phase? Was ist Orthogonalität? Welches Signal dient als Referenz zur Bestimmung der In-Phase-Beziehung?PhaseUnd Quadratur? In der Praxis werden üblicherweise Kosinus- und Sinuswellen gleicher Frequenz als I- und Q-Signale verwendet. Das als I-Signal verwendete Kosinussignal dient dabei als Referenzsignal und ist somit ein phasengleiches Signal. Das Kosinussignal, das um 90 Grad phasenverschoben zum I-Signal ist, stellt dessen Quadratursignal dar. IQ-Modulationssignale lassen sich daher am einfachsten verstehen, wenn man das I-Signal als Kosinus-Trägersignal und das Q-Signal als Sinus-Trägersignal mit einer um 90 Grad phasenverschobenen Frequenz zum I-Signal betrachtet.
Die sogenannte IQ-Modulation verwendet I-Signale (Kosinussignale) und Q-Signale (Sinussignale) mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad und orthogonal zueinander, die als Trägerfrequenzen dienen. Damit werden zwei Basisbandsignale gleichzeitig auf die beiden Träger moduliert. Anschließend werden die beiden modulierten Signale überlagert und über eine HF-Schaltung übertragen. Nach dem Empfang des Hochfrequenzsignals führt der Empfänger folgende Schritte durch:IQ-DemodulationBei der IQ-Demodulation können die beiden Basisbandsignale aufgrund der Orthogonalität der beiden Träger aus dem Mischsignal anhand der im vorherigen Modulationsprozess verwendeten I- und Q-Trägersignale getrennt und separat demoduliert werden. Sowohl bei den IQ-modulierten I- als auch Q-Signalen führt eine Erhöhung der relativen Amplitude einer Seite nicht nur zu einer Amplitudenerhöhung des modulierten Signals, sondern auch zu einer Phasenverschiebung zur Seite mit der höheren Amplitude. Die IQ-Modulation ist somit im Wesentlichen eine Amplitudenmodulation des I- und Q-Signals, wobei das Modulationsergebnis nicht nur die Amplitude, sondern auch die Phase des modulierten Signals beeinflusst. Dies ist das grundlegende Funktionsprinzip der IQ-Modulation und -Demodulation.
Veröffentlichungsdatum: 05.03.2025